Az ELKH Agrártudományi Kutatóközpont Mezőgazdasági Intézetének munkatársai közel 10 éve dolgoznak rostanyagban gazdagított gabonafélék nemesítéssel történő előállításán, a rostanyagok ugyanis fontos szerepet játszanak egészségünk megőrzésében. Míg ezek oldhatatlan része többek között a bélmozgást és a karcinogének megkötését segíti elő, addig az oldható frakció csökkenti a koleszterinszintet és a glükóz abszorpcióját a vékonybélben, ezáltal közvetett módon hozzájárul a szív- és érrendszeri betegségek, valamint a 2. típusú diabétesz kockázatának a csökkentéséhez. Egyes rostanyagok (pl. rezisztens keményítő) szelektíven táplálják a vastagbél jótékony baktériumait, serkentik azok szaporodását, vagyis prebiotikumként működnek.
A kutatócsoport két különböző megközelítésben indította el a búza rostanyagtartalmának növelését célzó kísérleteit. Az egyik út az emberi emésztésnek ellenálló, úgynevezett rezisztens keményítő mennyiségi arányának növelését célozta meg a búzában, míg a másik megközelítésben a sejtfalalkotó poliszacharidok, közülük is elsősorban az arabinoxilánok mennyiségét növelték a kutatók. Különösen fontos, hogy a rostanyagtartalom növelését a nagyobb arányban fogyasztott lisztfrakcióban akarták elérni, mert így elkerülhető a búza héjrészének – azaz a korpának – a visszakeveréséből eredő negatív változás a kenyér és más búzából készült pékáruk sütőipari minőségében, ízében és színében.
E törekvések megvalósításához nagyban hozzájárultak az EU-FP6 Healthgrain pályázatban azonosított, vagy kémiai mutációval előállított génforrások. Forrásként egy olyan kínai búzagenotípust használtak a kutatók, amelynek lisztje két-háromszor annyi vízoldható arabinoxilánt tartalmazott, mint a többi 150 vizsgált fajta. Ez a tulajdonság egyben jól öröklődőnek is bizonyult, ezért ezt a változatot közvetlenül is fel lehetett használni nemesítési célokra. A kínai fajta igen korai kalászolási ideje miatt a keresztezési programban nehézségekbe ütközött a szülői genotípusok kiválasztása (Tremmel-Bede és mtsai., 2017).
Mivel a keményítő összetételében (amilóz-/amilopektinarány) relatíve kicsi a természetes variabilitás – legalábbis a nagy amilóz- és rezisztenskeményítő-tartalom irányába –, ezért olyan pontmutációk létrehozása révén állítottak elő ilyen speciális genotípusokat a kutatók, amelyek spontán módon is gyakran előfordulnak a természetben. Ebben az esetben az amilopektin szintézisében részt vevő enzimek működését gátolták, annak érdekében, hogy a rezisztenskeményítő-frakció keletkezése relatíve intenzívebb legyen. A későbbiekben hagyományos nemesítés révén a helyi környezeti körülményekhez jól adaptálódó genotípusokat hoztak létre ezekkel a speciális búzatörzsekkel (Rakszegi és mtsai., 2015).
A nemesítés folyamatát nagymértékben gyorsíthatja, ugyanakkor a szelekciót is hatékonyabbá teheti az olyan molekuláris markerek azonosítása, amelyek a magas rostanyagtartalommal kapcsoltan öröklődnek. Ezeknek köszönhetően el lehet ugyanis kerülni, hogy a környezeti körülmények torzító hatása megtévessze a nemesítőt. Immár tizenöt éve folynak a kísérletek az ilyen jellegű markerek azonosítására, ez idáig nem sok sikerrel. Egy nemzetközi együttműködés keretében a kutatócsoport által létrehozott egyik nagy arabinoxilán-tartalmú populáció felhasználásával sikeresen azonosítottak egy olyan KASP-típusú markert, amely hatékonyan használható a kínai forráséhoz hasonló, magas arabinoxilán-tartalmú búzatörzsek szelekciójára (Lovegrove és mtsai., 2020). A kísérletek azonban tovább folynak egy nem kínai búzafajtán alapuló térképezőpopuláció vizsgálatával, hogy QTL-eket (quantitative trait locus) és új típusú markereket lehessen azonosítani.
A búza rostanyagtartalma mennyiségi tulajdonság, ennélfogva ezt az értéket nagymértékben befolyásolják a környezeti hatások, különösen azok az abiotikus stressztényezők (hő, szárazság), amelyek a klímaváltozás velejárói. Ezért a kutatók többéves kísérletben vizsgálták az évjárat és a genotípus, valamint a hő- és a szárazságstressz hatását a rostanyagok mennyiségére és összetételére vonatkozóan (Rakszegi és mtsai., 2014; Tremmel- Bede és mtsai., 2020).
Annak érdekében, hogy további génforrásokat azonosíthassanak, a kutatók vizsgálták az Aegilops (kecskebúza) vadbúza-fajból származó kromoszómák addíciójának a búza rostanyagtartalmára és -összetételére kifejtett hatását is (Rakszegi és mtsai., 2017). A kutatások eredményeként sikerült 15%-kal növelni a búzakeményítő amilóztartalmát, ezzel pedig jelentősen nőtt a rezisztens keményítő mennyisége is. Huszonegy százalékos növekedést értek el továbbá a búza teljes arabinoxilán-tartalmában, és 49%-ot a vízoldható frakcióéban. Bizonyították azt is, hogy a vízoldható arabinoxilán-tartalom jól öröklődő tulajdonság: örökölhetősége 0,77 volt, és a teljes fenotípusos variancia 24%-át határozta meg a genotípus, majd további 25%-át a genotípus és az évjárat kölcsönhatása. Emellett kimutatták, hogy a környezeti stresszfaktorok hatására a rostanyagkomponensek összetétele, és ezzel a szerkezete is megváltozik, valamint hogy az Aegilops vadbúza-faj 5-ös és 7-es számú kromoszómáinak addíciója képes növelni a búza rostanyagtartalmát.
1.ábra. Aegilops-kromoszómák addíciójának hatása a búzaszem összetételére
Támogatók: EU-FP6-514008 Healthgrain project, OM355/2008 HT cereal, OTKA K 112169, K135211.
Irodalomjegyzék
Lovegrove, A., Wingen, L.U., Plummer, A., Wood, A., Passmore, D., Kosik, O., Freeman, J., Mitchell, R.A.C.,Hassall, K., Ulker, M. et al. Identification of a major QTL and associated molecular marker for high arabinoxylan fibre in white wheat flour PLOS ONE 15, e0227826 (2020)
Rakszegi, M., Kisgyorgy, B.N., Kiss, T., Sestili, F., Lang, L., Lafiandra, D., Bedo, Z. Development and characterization of high-amylose wheat lines. STARCH-STARKE 67, 247-254. (2015)
Rakszegi, M., Lovegrove, A., Balla, K., Láng, L., Bedo, Z., Veisz, O., Shewry, P.R. Effect of heat and drought stress on the structure and composition of arabinoxylan and β-glucan in wheat grain. CARBOHYDRATE POLYMERS 102, 557-565. (2014)
Rakszegi, M., Molnár, I., Lovegrove, A., Darkó, É., Farkas, A., Láng, L., Bedő, Z. Doležel, J., Molnár-Láng, M., Shewry, P. Addition of Aegilops U and M Chromosomes Affects Protein and Dietary Fiber Content of Wholemeal Wheat Flour. FRONTIERS IN PLANT SCIENCE 8 Paper: 1529 (2017)
Tremmel-Bede, K, Láng, L., Török, K., Tömösközi, S., Vida, Gy., Shewry, P.R, Bedő, Z., Rakszegi, M. Development and characterization of wheat lines with increased levels of arabinoxylan EUPHYTICA 213 : 12 Paper: 291. (2017)
Tremmel-Bede, K., Szentmiklóssy, M., Tömösközi, S., Török, K., Lovegrove, A., Shewry, P.R., Láng, L., Bedő, Z., Vida, Gy., Rakszegi, M. Stability analysis of wheat lines with increased level of arabinoxylan PLOS ONE 15 : 5 Paper: e0232892 (2020)